Защита от перенапряжения для фотоэлектрических систем

Косвенные удары молнии разрушительны. Неофициальные наблюдения за молниевой активностью обычно являются плохим индикатором уровня вызванного молнией перенапряжения в фотоэлектрических батареях. Косвенные удары молнии могут легко повредить чувствительные компоненты фотоэлектрического оборудования, что часто требует больших затрат на ремонт или замену поврежденных компонентов и влияет на надежность фотоэлектрической системы. Перенапряжение зависит от условий установки каждой фотоэлектрической системы и проводки.

Фотоэлектрические системы размещаются на больших открытых пространствах, обычно на полях или на крышах зданий. Заряженные дождевые облака, скапливающиеся над такими открытыми полями, имеют склонность высвобождать заряд в виде молнии. В этом случае возможен скачок напряжения. Чем обширнее поле, тем больше вероятность разрушения.

Когда фотоэлектрическая система расположена на промышленной площадке, бизнес-операции и оборудование также находятся под угрозой. Инверторы дороги, но для промышленного применения еще более дорогостоящим отказом является стоимость простоя.

Когда молния попадает в солнечную фотоэлектрическую систему, она вызывает индуцированный переходный ток и напряжение в проводных контурах солнечной фотоэлектрической системы. Эти переходные токи и напряжения появляются на клеммах оборудования и, вероятно, вызывают нарушения изоляции и диэлектрики в электрических и электронных компонентах солнечных фотоэлектрических систем, таких как фотоэлектрические панели, инвертор, оборудование управления и связи, а также в устройствах, установленных в здании. Блок массива, инвертор и MPPT (максимальная мощностьPoint Tracker) устройства имеют самые высокие точки отказа.

Чтобы предотвратить прохождение высокой энергии через электронику и повреждение фотоэлектрической системы из-за высокого напряжения, скачки напряжения должны иметь путь к земле. Для этого все проводящие поверхности должны быть напрямую заземлены, а вся проводка, входящая и выходящая из системы (например, кабели Ethernet и сеть переменного тока), должна быть соединена с землей через УЗИП.

Устройство защиты от перенапряжения необходимо для каждой группы цепочек в блоке массива, блоке рекомбинатора, а также разъединителе постоянного тока.

Выбор и установка устройства защиты от перенапряжения для фотоэлектрических систем

Фотоэлектрические системы обладают уникальными характеристиками, поэтому требуют использования УЗИП, специально разработанных для фотоэлектрических систем.

Фотоэлектрические системы имеют высокое напряжение постоянного тока до 1500 вольт. Их максимальная мощность работает всего на несколько процентилей ниже тока короткого замыкания системы.

Чтобы определить подходящий модуль SPD для фотоэлектрической системы и его установку, вы должны знать:

l Плотность вспышки молнии круглая;

l Рабочая температура системы;

l Напряжение системы;

l Номинальный ток короткого замыкания системы;

l Уровень формы сигнала, от которого необходимо защитить (непрямая или прямая молния);

l Номинальный ток разряда.

Требования к УЗИП для установки, защищенной внешней системой молниезащиты (СМЗ), зависят от выбранного класса СМЗ и от того, является ли расстояние между СМЗ и фотоэлектрической установкой изолированным или неизолированным. В стандарте IEC 62305-3 подробно описаны требования к разделительному расстоянию для внешнего LPS.

Для обеспечения защитного эффекта уровень защиты по напряжению УЗИП (Up) должен быть на 20 % ниже, чем диэлектрическая прочность оконечного оборудования системы.

Важно использовать УЗИП с током короткого замыкания, превышающим ток короткого замыкания цепочки солнечных батарей, к которой подключен УЗИП. УЗИП, подаваемый на выход постоянного тока, должен иметь MCOV постоянного тока, равный или превышающий максимальное напряжение фотоэлектрической системы панели.

УЗИП для стороны постоянного тока фотоэлектрических систем

Фотоэлектрические источники имеют совершенно другие характеристики тока и напряжения, чем традиционные источники постоянного тока: они имеют нелинейную характеристику и вызывают длительное сохранение зажженных дуг. Таким образом, фотоэлектрические источники тока требуют не только более крупных фотоэлектрических переключателей и фотоэлектрических предохранителей, но также и разъединителя для устройства защиты от перенапряжения, которое адаптировано к этой уникальной природе и способно справляться с фотоэлектрическими токами.

УЗИП, установленные на стороне постоянного тока, всегда должны быть специально разработаны для приложений постоянного тока. Использование УЗИП на неправильной стороне переменного или постоянного тока опасно в случае неисправности.

Установка

УЗИП всегда следует устанавливать перед устройствами, которые они собираются защищать. В NFPA 780 12.4.2.1 говорится, что защита от перенапряжений должна быть обеспечена на выходе постоянного тока солнечной панели от плюса к земле и минуса к земле, в блоке сумматора и рекомбинатора для нескольких солнечных панелей, а также на выходе переменного тока инвертора.

Правильная установка УЗИП зависит от трех значений:

l Максимальное непрерывное рабочее напряжение: напряжение, которое активирует УЗИП.

l Уровень защиты по напряжению: Категория перенапряжения оборудования должна быть выше, чем уровень защиты по напряжению УЗИП.

l Номинальный ток разряда: пиковое значение формы волны (8/20 мкс для УЗИП типа 2), которое УЗИП способен выдержать после повторяющихся скачков напряжения.

Как объединить УЗИП с инверторами

Фотоэлектрические фермы состоят из очень чувствительного оборудования, которое нуждается в комплексной защите. Поскольку фотоэлектрические фермы вырабатывают энергию постоянного тока, инверторы (которые необходимы для преобразования этой энергии из постоянного тока в переменный) являются важным компонентом их производства электроэнергии. К сожалению, инверторы не только очень чувствительны к ударам молнии, но и невероятно дороги.

NFPA 780 12.4.2.3 требует дополнительных УЗИП на входе постоянного тока инвертора, если системный инвертор находится на расстоянии более 30 метров от ближайшего сумматора или блока рекомбинатора.

Установите УЗИП между предохранителями и инвертором, если имеются защитные устройства (например, предохранители, прерыватели постоянного тока или диоды).

Чтобы подключить УЗИП при наличии инвертора со встроенным блоком предохранителей, убедитесь, что внутренние предохранители отключены, а внешние предохранители подключены.

Струнные инверторы следует устанавливать как можно ближе к струнам. Кабели УЗИП, подключаемые к сети L+/L-, а также между клеммной колодкой УЗИП и заземляющей шиной, должны иметь длину менее 2,5 метров. Чем короче соединительные кабели, тем эффективнее и экономичнее будет защита.

Для инверторов только с одним трекером MPP объедините шнур перед инвертором и подключите их к SPD в точке соединения.

Комбинации SPD следует планировать для каждого входа, если инвертор имеет несколько устройств отслеживания MPP. SPD должен использоваться для каждого входа, подключенного к струнному диоду.

Ссылки

[1] Руководство по молниезащите, стандарт DIN EN 62305–3, 2014 г.

[2] Стандарт на устройства защиты от перенапряжения, UL 1449, 2014 г.

[3] Низковольтные устройства защиты от перенапряжения. Часть 32. Устройства защиты от перенапряжения, подключенные к сети постоянного тока. сторона фотоэлектрических установок – Принципы выбора и применения, Стандарт МЭК 61643-32, 2 017.